Una delle maggiori sfide della transizione verso le energie rinnovabili è fornire energia anche in assenza di luce solare. La produzione di idrogeno mediante la scissione dell'acqua con l'aiuto della luce solare potrebbe offrire una soluzione. L'idrogeno è un buon mezzo di accumulo di energia, e può essere utilizzato in molti modi. Però, catalizzatori sono necessari per dividere l'acqua. Il platino è spesso usato, ma è raro e costoso. I ricercatori cercano quindi alternative più economiche. Ora, un team guidato dal Dr. Tristan Petit dell'HZB, insieme ai colleghi guidati dal Prof. Bin Zhang dell'Università di Tianjin, Tientsin, Cina, ha compiuto importanti progressi utilizzando una nota classe di fotocatalizzatori privi di metalli.

Bin Zhang e il suo team sono specializzati nella sintesi di nitruri di carbonio polimerici (PCN) come catalizzatore per la produzione di idrogeno. Le molecole PCN formano una struttura che può essere paragonata a strati sottili di pasta fillo:fogli di questo materiale strettamente imballati sono imballati insieme. I chimici cinesi sono ora riusciti a separare i singoli fogli l'uno dall'altro mediante un trattamento termico in due fasi relativamente semplice, nello stesso modo in cui la pasta sfoglia si separa in singoli strati croccanti nel forno. Il trattamento termico ha prodotto campioni costituiti da singoli nanostrati con grandi pori contenenti diversi gruppi amminici con funzionalità specifiche.

Petit e il suo team hanno studiato una serie di questi campioni di PCN presso BESSY II. "Siamo stati in grado di determinare quali gruppi amminici e ossigenati si erano depositati nei pori, " dice il dottorando Jian Ren, co-autore della pubblicazione. I ricercatori hanno analizzato come specifici gruppi amminici attirano gli elettroni su se stessi, una proprietà particolarmente favorevole per la scissione dell'acqua, e come si sono formati nuovi difetti basati sull'ossigeno.

Quando combinato con il nichel come co-catalizzatore, quei campioni di PCN nanostrutturato hanno effettivamente mostrato un'efficienza da record, 11 volte quella del normale PCN sotto irraggiamento di luce visibile.

"Ciò dimostra che il PCN è un potenziale catalizzatore interessante per la produzione da solare a idrogeno, avvicinarsi all'efficienza dei catalizzatori inorganici, "dice Piccolo, che è un Freigeist Fellow della Fondazione Volkswagen. "Per di più, questo lavoro mostra anche che le spettroscopie a raggi X molli sono strumenti essenziali per svelare possibili siti cataliticamente attivi sui fotocatalizzatori".